GPS和RFID技術的鐵路信號設備巡檢系統的探討

常計清

（太原鐵路局電務處,太原 030013）

GPS和RFID技術的鐵路信號設備巡檢系統的探討

常計清

（太原鐵路局電務處,太原 030013）

為解決鐵路設備巡檢過程中，設備分類過多、故障原因復雜等問題，GPS和RFID相結合，將出現的問題快速解決。

GPS和RFID技術；鐵路信號設備；巡檢系統

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.156

1 電子巡檢系統現狀分析

當前鐵路設備巡檢系統采用的檢查方式仍為信號員報到、部門負責人組織安排這樣的較初級的形式，漏檢、不檢現象嚴重，巡檢成本巨大，檢查后的文件沒有固定位置擺放，想要查找歷史文件較為困難。為減少這些問題的出現，隨著科學技術的增強，近些年出現了很多高科技的巡檢電子類裝備，比如巡檢的儀器、操作設備、巡檢的管理系統等等。其中目前應用最為廣泛的是基于GIS/GPS技術的電子巡檢系統、基于RFID技術的電子巡檢系統。

1.1 基于信息鈕扣的電子巡檢系統

信息鈕扣是一種自動識別芯片，將這種芯片安裝在檢查設備上，然后再由檢查人員攜帶檢查設備，觸摸其信息按鈕讀取信息，將檢驗結果發送到巡檢管理主機，進而開展工作。基于信息鈕扣的電子巡檢系統的運用一定程度上解決了原巡檢過程中的問題，但仍然存在著缺陷：一是巡檢儀器和自動識別芯片需要非常準確的接觸才能讀取到信息，比如在夜間較暗的情況下，操作起來是存在較大問題的。二是巡檢儀器和自動識別芯片的接觸，必須是暴露在外的，容易受到人為破壞。三是自動識別芯片容易受到外界污染，時間長了會出現接觸不良現象。

1.2 基于GIS/GPS技術的電子巡檢系統

GIS/GPS技術的電子巡檢系統，其使用的原理，主要通過檢查人員依靠GPS定位系統進行檢索，檢測儀器有效存儲設備定位后的位置，鎖定信息后，講得到的信息反饋給主機，再結合地理定位軟件，得到檢測的數據和報告。其中主要的缺點是：首先如果巡檢過程中，其他戶外設備受到屏蔽，將不能接收超過四顆衛星的信息，因此不能獲得有效定位。其次，通過手持型GPS系統接收機，鎖定的定位精確度在20m范圍之內，從測得的全球定位系統數據無法區分是哪一臺設備的數據。

1.3 基于RFID技術的電子巡檢系統

基于RFID技術，我們使用的電子巡檢系統，其工作原理是利用射頻實現雙向通信，其主要特點是告別了射頻自動識別技術，該系統由兩部分組成——讀卡器和射頻卡，它們之間信息的能量傳輸和交換，不需要直接接觸，而是通過電磁耦合或感應耦合來實現的。這一巡檢系統較信息按鈕系統先進，但仍存在一定問題：（1）RFID技術的電子巡檢系統記錄的是一個離散分布的信息，不可能記住檢路徑，所以不能用在線路檢查中；（2）系統只記錄了讀取射頻卡的時間，有可能讀取過后檢查人員離開了，當時沒有仔細檢查設備，因此不能衡量工作人員有沒有按照規范去檢查設備。

2 系統設計及原理

2.1 系統組成及工作原理

對于目前市場上的定位系統及產品，結合其中的優劣特點，專業人士根據GPS和射頻識別技術，自主研發出一種更為便捷的信號巡檢設備。其整個系統分為檢測、射頻管理、數據讀存、系統優化與管理等模塊。操作人員根據檢測儀收到GPS的反饋數據，根據提示選擇路線，到達指定目的地后，讀存屏幕顯示的數據信息，將所有數據分析后，存入和記錄在內存中。整個過程結束后，可以把所有數據上傳到電腦或者云數據中，經過特有的軟件分析后，得出專業的報告，以便參考和使用。

2.2 系統采用的關鍵技術

2.2.1 制作鐵路站場電子地圖

要想將系統運用在鐵路設備的巡檢上，首先得制作一張鐵路區域的電子地圖，特別是信號設備的分布情況。首先收集到鐵路軌道和信號設備的全球定位系統數據，繼而用地理定位系統軟件進行處理，同時結合信號設備分布圖，制作出鐵路區域的電子地圖。

2.2.2 GPS和RFID的結合運用

GPS和RFID的結合運用原則為，巡檢人員手持巡檢儀器接收到全球定位系統的數據，再根據路徑行走，到底巡檢地點后，讀取射頻卡上的信息，依次檢查完所有設備。

2.2.3 信息處理

信息處理主要包含四個方面內容：（1）接收資料。射頻卡信息的獲取是通過讀卡模塊和檢查儀射頻卡非接觸通信獲得的，全球定位系統通過模塊獲取信息，進而得出全球定位系統數據。（2）提取信息。當讀取射頻卡信息時，電腦接收到相對應的信息和數據后，與射頻卡的內置數據分析和對比，最終處理后，保存在外部的存儲設備中。相同的，全球定位系統中提取的路徑信息，也存儲在外部數據存儲設備中。（3）信息存儲。讀卡器作為存儲單元，它的器械性能穩定，體積小、容量小，便于計算機管理軟件處理檢驗儀器的數據。（4）信息的分析處理。管理主機從讀卡器中讀取數據，再通過系統管理軟件進行分析。

3 系統的硬件設計及軟件設計

3.1 系統的硬件設計

新型鐵路信號設備巡檢系統的硬件，由射頻卡、PC機和巡檢儀三個部分構成。用Mifare1射頻卡存儲信號設備信息，此類射頻卡為無源射頻卡，在工作時候的電源能量來源為卡片讀寫器天線發送的無線載波，標準的操作距離是100mm及25mm。巡檢儀是整個鐵路信號設備巡檢系統的核心，由電源模塊、RFID模塊、GPS模塊、微處理器及其他部分共同組成。

3.2 系統的軟件設計

新型鐵路信號設備巡檢系統的軟件，由巡檢儀軟件和系統管理軟件組成。

3.2.1 巡檢儀軟件

巡檢儀的運行自始至終處于一個循壞狀態，單片機如需接收到全球定位系統的數據，必須要經過串口中斷，在射頻卡信息讀取過程中，其操作方式是間斷的，所以需要按鈕來對讀卡操作進行控制。

3.2.2 系統管理軟件

系統管理軟件的設計遵循了模塊化設計，主要包含了以下模塊：系統信息管理模塊、射頻卡設置模塊、巡檢任務輸入模塊、查詢打印模塊、巡檢儀數據處理模塊 （此模塊又涵蓋了4個部分：數據導入、設備巡檢數據處理、路徑巡檢數據處理、巡檢報告生成）。各模塊作用各不相同，使系統管理軟件得以正常運轉。

4 結論與展望

新型鐵路信號設備巡檢系統綜合利用了全球定位系統和射頻識別技術，完善了原檢查系統出現的各種問題，提高了系統檢測的可靠性，主要體現在以下幾個方面：

（1）全球定位系統技術實現了檢查路徑的確認，射頻識別技術則現了巡檢設備確認，兩者的再結合能夠準確客觀考量巡檢人員是否按照工作規范進行工作。（2）新型鐵路信號設備巡檢系統采用的是不需要接觸的射頻識別技術，先前出現的諸如：檢儀和識別芯片的接觸暴露在外，容易受到人為破壞；自動識別芯片容易受到外界污染，時間長了會出現接觸不良現象等問題都能得到解決。（3）經過全球定位系統處理，就可以在電子地圖上顯示出設備巡檢的一個路徑，巡檢人員對所需巡檢目標一目了然。（4）新型鐵路信號設備巡檢系統采用讀卡器存儲數據，在當前網絡發達的情況下非常便于使用，它使用的是標準的文件系統，路線和設備的巡檢文件存放位置分隔開來，對于后期數據處理非常方便。

新型鐵路信號設備巡檢系統的投入使用，可以對檢驗人員進行監督管理，讓其按照規劃好的時間和路線進行設備維護，同時為管理人員減輕管理困難，提供更行之有效的方法，提高鐵路信號設備維護的工作質量。

【1】李俊娥，馮小寧.鐵路信號設備巡檢智能管理系統的設計[J].鐵路計算機應用，2001(4)：157-159.

【2】劉曉勝，周巖.電子巡更系統及其發展現狀[J].工程設計CAD與智能建筑，2002(12)：40-42.

圖3 改造后上位機電子巡井系統監控效果圖（夜間）

4 具體改造方案

4.1 井口現場設備改造

將原有的設備機箱拆除，更換為60×60的標準設備機箱，標準機箱內部集成RTU、時控開關、電源模塊，交換機；將井口的數碼攝像機更換為夜視白光網絡攝像機。

通過現場設備改造，視頻信號和數據信號不用通過視頻服務器進行傳輸，可以通過網絡交換機傳輸至站內，彼此不受影響（見圖4）。

4.2 電子巡井數據優化

（1）井口非標準通訊協議轉換。叢式井井口壓力變送器、流量計、截斷閥均使用各自的非標準協議進行數據傳輸和監控，需要通過RTU將這些自定義協議轉換為標準的MODBUSTCP協議才能與站控系統PLC進行通訊，實現網絡共享。（2）站控系統程序優化。需要對烏5站Rslogix500控制程序，烏4、烏7站ControlWaveDesigner程序進行修改。主要工作包括對程序中通訊端口配置、地址列表添加、截斷閥邏輯控制的添加。（3）上位工控機PKS組態。按照標準命名規則進行組態，并且對模擬量點做歷史記錄，完成下裝后，根據井口到站內的管線設計HMI，顯示出各個井場的相關數據。

圖4 改造后叢式井電子巡井系統傳輸示意圖

【參考文獻】

【1】朱迅，韓興剛，高玉龍，徐文龍，李達.蘇里格氣田數字化應急指揮系統的研究與應用[J].天然氣工業，2012（5）：71-76.

【2】廖曉蓉，孟慶華，楊宇，陳文斌.新場氣田運用高低壓分輸技術提高氣田采收率[J].天然氣與石油，2003（2）：37-42.

【收稿日期】2016-6-10

Discussion on GPS and RFID Technologies of Railway Signal Equipment Inspection System

CHANGJi-Qing
(TaiyuanRailwayAdministrationElectricalDepartmen,Taiyuan030013,China)

In order to solve the problemsin railwayequipment in the processofinspection, such asthe equipment classification toomuch, complex cause ofthe fault,sowecombiningGPSandRFIDtechnologiestosolvetheproblemsquickly

RFIDandGPS;railwaysignalequipment;inspectionsystem

U284

A

1007-9467（2016）07-0247-02

2016-6-21

常計清，男，山西沂州人，工程師，從事鐵路信號設備的維護和管理研究，（電子信箱）ypchjq@163.com。